DE10000568C2 - Thermally insulated exhaust gas cleaning system - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermisch isolierte Abgasreinigungsanlage, wie sie bevorzugt in Abgassyste men von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird.The invention relates to a thermally insulated Exhaust gas cleaning system, as preferred in the exhaust system men of internal combustion engines is used.
Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen, welche immer hö here Anforderungen an die Abgassysteme im Automobilbau stellen, wurden die Abgassysteme in der Vergangenheit ste tig weiterentwickelt. Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang das schnelle Erreichen, bzw. das Beibehal ten geeigneter thermischer Bedingungen im Abgassystem, die für eine bestmögliche Schadstoffumsetzung benötigt werden. Eine Möglichkeit, diese thermischen Bedingungen zu gewährleisten, besteht in der thermischen Isolierung des Abgassystems gegenüber der Umgebung.Due to legal regulations, which are always higher here requirements for exhaust systems in automotive engineering exhaust systems have been ste in the past continuously developed. Of particular interest in this Context of reaching quickly, or maintaining suitable thermal conditions in the exhaust system, which is required for the best possible pollutant conversion become. One way of dealing with these thermal conditions to ensure consists in the thermal insulation of the Exhaust system compared to the environment.
In dem U.S.-Patent 5,477,676 ist ein Vakuum-isolierter katalytischer Konverter beschrieben. Die Vakuum-Isolation kann entsprechend den Betriebstemperaturen im Inneren des katalytischen Konverters angepaßt werden. Das bedeutet, daß bei erhöhten Temperaturen das Vakuum durch ein Gas ersetzt wird, um kontrolliert eine Wärmeabfuhr aus dem Ab gassystem zu ermöglichen und somit einer Überhitzung vor zubeugen. Der Vakuum-isolierte Konverter wird zusätzlich von Wärmetauschern umgeben. In diesem U.S.-Patent ist weiterhin eine Ummantelung des Vakuum-isolierten Kon verters mit einem Phasenwechselmaterial beschrieben, wel ches sich dadurch auszeichnet, daß es im Bereich der Be triebstemperaturen des katalytischen Konverters den Aggre gatzustand wechselt und auf diese Weise ein erhöhtes Maß an Wärmeenergie speichern kann.In U.S. Patent 5,477,676 is a vacuum insulated catalytic converter described. The vacuum insulation can be according to the operating temperatures inside the catalytic converter can be adapted. That means, that at elevated temperatures the vacuum is caused by a gas is replaced to control heat dissipation from the Ab gas system and thus prevent overheating zubeugen. The vacuum insulated converter is additional surrounded by heat exchangers. In this U.S. patent still a jacket of the vacuum-insulated con described with a phase change material, wel ches is characterized in that it is in the area of Be operating temperatures of the catalytic converter the aggregate condition changes and in this way an increased degree can store thermal energy.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen isolieren einen ka talytischen Konverter gegenüber einer radial außenliegen den Umgebung. Aufgrund einer effektiven radialen Isolie rung erfolgt eine Wärmeleitung oder Wärmestrahlung des katalytischen Konverters bevorzugt in axialer Richtung in das übrige Abgassystem.The devices described above isolate a ka talytic converter compared to a radially outer the environment. Because of an effective radial isolation heat conduction or heat radiation of the catalytic converter preferably in the axial direction the rest of the exhaust system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgassy stem anzugeben, welches eine verbesserte thermische Iso lierung aufweist, insbesondere eine axiale Wärmeleitung oder Wärmestrahlung aus dem katalytischen Konverter her aus in das übrige Abgassystem mindert.The object of the present invention is an exhaust gas stem to indicate which an improved thermal Iso lation, in particular axial heat conduction or heat radiation from the catalytic converter from the rest of the exhaust system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Abgas system einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Aus gestaltungen des Abgassystems sind Gegenstand der abhän gigen Ansprüche.This object is achieved by the exhaust gas system of an internal combustion engine with the features of Claim 1 solved. Advantageous further education and training designs of the exhaust system are the subject of the depend claims.
Das erfindungsgemäße Abgassystem hat eine Abgasreini gungsanlage, welche einen Eintrittsbereich, einen Austritts bereich und einen Zentralbereich hat. Im Zentralbereich der Abgasanlage ist ein katalytischer Konverter angeordnet. Die Abgasreinigungsanlage weist weiterhin zwei Wabenkörper auf, wobei sich ein erster Wabenkörper im Eintrittsbereich und ein zweiter Wabenkörper im Austrittsbereich befindet. Die beiden Wabenkörper sowie der katalytische Konverter sind dabei derart ausgeführt und in dem Abgassystem ange ordnet, daß diese für ein Abgas durchströmbar sind. Die bei den Wabenkörper zeichnen sich dadurch aus, daß sie ther misch isolierend gegen eine axiale Wärmeleitung oder Wär mestrahlung aus dem katalytischen Konverter heraus in das übrige Abgassystem wirken. Abgasreinigungsanlagen nach dem Stand der Technik haben häufig eine rohrähnliche Zu- und Ableitung des Abgases mit trichterförmigen Erweite rungen zum Anschluß an ein Abgasreinigungssystem. Diese sind zumeist thermisch nicht isoliert gegenüber der Umge bung ausgeführt und erkalten demzufolge schneller. Infolge der zügigen Abkühlung des Abgases in diesen Bereichen und dem ausreichenden Platzangebot, tritt dort bevorzugt Konvektion auf. Die thermisch unterschiedlichen Bedingun gen in der Zu- und Ableitung gegenüber dem Abgasreini gungssystem haben zur Folge, daß ein einheitliches thermi sches Niveau angestrebt wird. Dies wird durch die Ausge staltung, die Art des Einbaus und/oder die Befestigung der Wabenkörper gemäß der Erfindung verhindert. Der erste Wabenkörper stellt eine thermische Isolierung gegenüber vorgelagerten Komponenten des Abgassystems dar, der zweite Wabenkörper gegenüber den nachfolgenden Kompo nenten.The exhaust system according to the invention has an exhaust gas purification system system, which has an entry area, an exit area and has a central area. In the central area of the Exhaust system, a catalytic converter is arranged. The The exhaust gas cleaning system also has two honeycomb bodies on, with a first honeycomb body in the entry area and a second honeycomb body is located in the exit area. The two honeycomb bodies and the catalytic converter are carried out in this way and in the exhaust system arranges that these can be flowed through for an exhaust gas. The at the honeycomb body are characterized in that they are ther mix insulating against axial heat conduction or heat radiation from the catalytic converter into the other exhaust system act. Emission control systems according to the prior art often have a tube-like and discharge of the exhaust gas with funnel-shaped expansions for connection to an exhaust gas cleaning system. This are usually not thermally insulated from the environment exercise and therefore cool down faster. As a result the rapid cooling of the exhaust gas in these areas and the sufficient space, is preferred there Convection on. The thermally different conditions compared to the exhaust gas cleaning have the result that a uniform thermi level is sought. This is due to the Ausge staltung, the type of installation and / or the attachment of the Honeycomb body prevented according to the invention. The first Honeycomb body contrasts with thermal insulation upstream components of the exhaust system, the second honeycomb body opposite the following compo components.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der erste und/ oder der zweite Wabenkörper aus einem thermisch isolie renden Material. Wenn die Wabenkörper und der katalyti sche Konverter einander mittelbar oder unmittelbar berüh ren, kann aufgrund thermisch isolierten Materials der Wa benkörper eine Wärmeleitung unterbunden werden. Besteht keine Verbindung zwischen einem Wabenkörper und dem katalytischen Konverter ist eine axiale Weiterleitung der Wärme im Wabenkörper der auf den Wabenkörper abge strahlten thermischen Energie des Konverters ebenfalls kaum möglich. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zu sammenhang, den ersten und/oder zweiten Wabenkörper aus keramischem Material auszuführen, jedoch lassen sich an dere vorteilhafte Maßnahmen gemäß der vorliegenden mit keramischen Wabenkörpern nur schwer verwirklichen.According to one embodiment, the first and / or the second honeycomb body made of a thermal insulation material. If the honeycomb body and the catalytic cal converters touch one another indirectly or directly ren, due to thermally insulated material of the Wa body can be prevented from conduction. Consists no connection between a honeycomb body and the catalytic converter is an axial forwarding of the Heat in the honeycomb body which is dissipated on the honeycomb body radiated thermal energy from the converter as well hardly possible. It is particularly advantageous in this case context, the first and / or second honeycomb body ceramic material, but can be carried out advantageous measures according to the present ceramic honeycomb bodies difficult to achieve.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen der erste und/oder der zweite Wabenkörper eine elektrische Hei zung auf. Diese Heizung kann beispielsweise dazu benutzt werden, ein Temperaturgefälle in der direkten Umgebung gegenüber der Temperatur des katalytischen Konverters zu beseitigen und somit den Verlust seiner thermischen Energie entgegenzuwirken.According to a further exemplary embodiment, the the first and / or the second honeycomb body is an electrical heater tongue on. This heater can be used for this purpose, for example a temperature gradient in the immediate vicinity compared to the temperature of the catalytic converter eliminate and thus the loss of its thermal energy counteract.
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel hat der erste Wabenkörper eine erste Eintrittsstirnfläche und eine er ste Austrittsstirnfläche, wobei die erste Eintrittsstirnfläche kleiner als die erste Austrittsstirnfläche ist. Der erste Waben körper ist in der Abgasreinigungsanlage derart angeordnet, daß dieser mit der ersten Austrittsstirnfläche zum katalyti schen Konverter hin ausgerichtet ist. Ein derart konisch aus geführter Wabenkörper hat den Vorteil, daß dieser eine ver hältnismäßig kleine Eintrittsstirnfläche hat, welche strom aufwärts gerichtet ist. Auf diese Weise stellt der erste Wa benkörper nur eine kleine fläche zur Verfügung, die gegebe nenfalls Wärme an stromaufwärts angrenzende Komponen ten abgibt. Somit wird ein Entzug von thermischer Energie aus der Abgasreinigungsanlage reduziert.According to yet another embodiment, the first honeycomb body a first entrance face and a he first exit face, the first entry face is smaller than the first exit face. The first honeycomb body is arranged in the exhaust gas purification system in such a way that this with the first exit face to the catalytic converter is aligned. Such a conical shape guided honeycomb body has the advantage that this ver has relatively small entrance face, which current is directed upwards. In this way, the first wa body only a small area available, the given otherwise, heat to upstream components ten issues. Thus there is a withdrawal of thermal energy reduced from the emission control system.
Analog dazu, ist es besonders vorteilhaft, den zweiten Wabenkörper ebenfalls konisch auszuführen und derart in der Abgasreinigungsanlage zu positionieren, daß dessen kleinere zweite Austrittsfläche stromabwärts weist. Auf diese Weise wird gegebenenfalls die Wärmeabgabe an stromabwärts liegende Komponenten des Abgassystems bzw. die Umgebung vermieden.Similarly, it is particularly advantageous to use the second Honeycomb body also conical and so in to position the exhaust gas cleaning system that its has a smaller second outlet surface downstream. On this way the heat emission will be increased if necessary downstream components of the exhaust system or avoided the environment.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Wa benkörper und der katalytische Konverter voneinander be abstandet angeordnet. Zwischen einem Wabenkörper und dem katalytischen Konverter ist jeweils ein Luftspalt vor handen. Der Luftspalt selbst weist relativ gute wärmeisolie rende Eigenschaften auf, wenn sich in ihm keine Konvek tion ausbildet. Dazu muß er besonders schmal sein und/oder Mittel zur Verhinderung der Konvektion aufweisen. Beson ders vorteilhaft ist es daher, wenn der erste und/oder der zweite Wabenkörper axiale Erstreckungen in den Luftspalt hinein aufweisen. Diese axialen Erstreckungen sind derart auszuführen, daß eine Konvektion im Luftspalt reduziert wird. Eine verminderte Konvektion im Luftspalt verhindert das stirnseitige Auskühlen des katalytischen Konverters.According to a further exemplary embodiment, the Wa body and the catalytic converter spaced apart. Between a honeycomb body and there is an air gap in front of the catalytic converter handen. The air gap itself has relatively good thermal insulation properties if there is no convex in it tion trains. To do this, it must be particularly narrow and / or Have means for preventing convection. Beson it is therefore advantageous if the first and / or the second honeycomb body axial extensions in the air gap have inside. These axial extensions are of this type perform that convection in the air gap is reduced becomes. A reduced convection in the air gap prevents cooling of the catalytic converter at the front.
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder der zweite Wabenkörper durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt und weisen wenigstens teilweise strukturierte Folienlagen auf. Der erste und/oder der zweite Wabenkörper zeichnen sich dadurch aus, daß die Folien eine Foliendicke von 0,015 bis 0,035 mm haben. Diese sehr ge ringe Foliendicke hat zur Folge, daß, stirnseitig betrachtet, der Wabenkörper einen äußerst geringen Prozentsatz metal lischer ausgefüllter Fläche aufweist. Der überwiegende An teil ist Luft, welche gegen eine axiale Wärmeleitung isolie rend wirkt.According to yet another embodiment the first and / or the second honeycomb body by winding and / or stacked and at least partially structured foil layers. The first and / or the second Honeycomb bodies are characterized by the fact that the foils have a Have a film thickness of 0.015 to 0.035 mm. This very ge ring film thickness has the consequence that, viewed on the face side, the honeycomb body has an extremely low percentage of metal lischer filled area. The vast majority part is air, which insulates against axial heat conduction has an effect.
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste und/oder der zweite Wabenkörper mit mindestens ei ner thermisch entkoppelten Stirnfläche ausgeführt. Das be deutet, daß die Wärmeleitung auch innerhalb eines Waben körpers in axialer Richtung behindert wird. Ein Wärmeaus tausch einer beim Abkühlvorgang zumeist kühleren Stirnflä che mit dem Inneren des Wabenkörpers kann auf diese Weise reduziert werden.According to yet another embodiment, the first and / or the second honeycomb body with at least one egg ner thermally decoupled face. That be indicates that heat conduction also within a honeycomb body is hindered in the axial direction. A warm out replace a face that is usually cooler during the cooling process che with the inside of the honeycomb body can on this Way be reduced.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen der erste und/oder der zweite Wabenkörper in ihrem Inneren mindestens einen Schlitz auf. Der Schlitz ist nahe einer ther mischen entkoppelten Stirnfläche angeordnet. Der Schlitz stellt einen Luftspalt dar, welcher die Wärmeleitung von der Stirnfläche zum Inneren hin mindert. Besonders vorteilhaft ist es, den Schlitz umlaufend auszubilden, wobei dieser sich von außen radial nach innen ausbreitet. Besonders vorteil haft ist es, wenn der Schlitz mindestens eine Kerbe aufweist. Damit sind Unterbrechungen im Schlitzverlauf gemeint, welche die Festigkeit des Wabenkörpers auch unter dynami scher Beanspruchung gewährleisten.According to a further exemplary embodiment, the first and / or the second honeycomb body in their interior at least one slot. The slot is near an ther mix decoupled face arranged. The slot represents an air gap, which the heat conduction from the End face reduces to the inside. Particularly advantageous is to form the slot all the way around, this being itself spreads radially inwards from the outside. Particularly advantageous it is sticky if the slot has at least one notch. This means interruptions in the course of the slot, which the strength of the honeycomb body even under dynami guarantee shear stress.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform wird eine thermisch entkoppelte Stirnfläche dadurch erreicht, daß mehrere Schlitze, vorzugsweise in verschiedenen Ebenen, senkrecht zu einer bevorzugten Strömungsrichtung des Ab gases angeordnet sind. Die Ebenen, in denen die Schlitze an geordnet sind, sind voneinander gering beabstandet. Auf diese Weise wird die flächenartige Isolierung mittels minde stens eines Schlitzes in einer Ebene auf einen vorgebbaren Volumenbereich vergrößert. Dies unterstützt die thermische Entkopplung der Stirnfläche. Besonders vorteilhaft ist es da bei, in jeweils einer Ebene mehrere Schlitze und Kerben an zuordnen, wobei die Schlitze bzw. die Kerben in unter schiedlichen Ebenen versetzt angeordnet sind. Damit ist ge meint, daß in Strömungsrichtung wenigstens eine teilweise Überlappung von einem Schlitz einer ersten Ebene und ei ner Kerbe einer nachfolgenden Ebene stattfindet. Ein derart ausgeführter Wabenkörper bietet nur noch eine reduzierte axiale Wärmeleitung, weil aufgrund dieser Anordnung eine Art Labyrinth für den Wärmefluß verwirklicht ist.According to yet another embodiment, a thermally decoupled end face achieved in that several slots, preferably in different levels, perpendicular to a preferred direction of flow of the Ab gases are arranged. The levels in which the slots are are arranged, are slightly spaced from each other. On in this way, the sheet-like insulation by means of minde least one slot in one plane on a predeterminable Volume area enlarged. This supports the thermal Decoupling the face. It is particularly advantageous at, several slots and notches in one level assign, the slots or notches in below different levels are staggered. So that is ge thinks that at least partially in the direction of flow Overlap of a first level slot and egg a notch of a subsequent level takes place. Such a Executed honeycomb body only offers a reduced axial heat conduction, because of this arrangement Art labyrinth for the heat flow is realized.
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder der zweite Wabenkörper von dem kataly tischen Konverter axial nur 1 bis 2 mm beabstandet. Auf diese Weise ist ein ausreichend großer Spalt zwischen den Wabenkörpern und dem Konverter vorhanden, um eine Wärmeleitung vom Konverter zu den Wabenkörpern zu un terbinden, ohne daß sich eine starke Konvektion ausbilden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Waben körper zu dem katalytischen Konverter mittels isolierender Befestigungselemente beabstandet sind. Isolierende Befesti gungselemente verhindern eine Wärmeleitung und bieten zudem die Möglichkeit, einen vorgebbaren Abstand zwi schen Wabenkörper und Konverter zu gewährleisten. Die Stabilität und Dauerfestigkeit der beschriebenen Abgasrei nigungsanlage kann dadurch erhöht werden.According to yet another embodiment the first and / or the second honeycomb body from the kataly table converter axially spaced only 1 to 2 mm. On this is a sufficiently large gap between the Honeycomb bodies and the converter available to a Heat conduction from the converter to the honeycomb bodies connect without forming a strong convection can. It is particularly advantageous if the honeycomb body to the catalytic converter by means of insulating Fasteners are spaced. Insulating fasteners elements prevent heat conduction and offer in addition, the possibility of a predeterminable distance between to ensure the honeycomb body and converter. The Stability and fatigue strength of the described exhaust gas series cleaning system can be increased.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Ab gasreinigungsanlage mit einem katalytischen Konverter ausgeführt, welcher thermisch entkoppelte Stirnflächen auf weist. Somit werden zusätzliche und im katalytischen Kon verter integrierte Wärmeleitungsblockaden erzeugt, welche ebenfalls in der oben beschriebenen Weise wirken.According to a further embodiment, the Ab gas cleaning system with a catalytic converter executed, which thermally decoupled end faces has. Thus, additional and in the catalytic con verter integrated heat conduction blockages, which also act in the manner described above.
Der katalytische Konverter hat gemäß einem noch weite ren Ausführungsbeispiel durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen. Die Bleche zeichnen sich dadurch aus, daß diese eine Blech dicke von 0,08 mm bis 0,11 mm haben. Die Verwendung dickerer Bleche bei dem katalytischen Konverter im Gegen satz zu den Wabenkörpern hat den Vorteil, daß der katalyti sche Konverter mehr thermische Energie speichern kann und deutlich langsamer abkühlt.According to one, the catalytic converter is still wide Ren embodiment by winding and / or stacking generated, at least partially structured sheet metal layers. The Sheets are characterized by the fact that this is a sheet have a thickness of 0.08 mm to 0.11 mm. The usage thicker sheets in the catalytic converter in the opposite Set to the honeycomb bodies has the advantage that the catalytic cal converter can store more thermal energy and cools down much more slowly.
Die Abgasreinigungsanlage ist gemäß einem noch weite ren Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Konvektionssper ren ausgeführt, welche zwischen der Abgasreinigungsan lage und dem katalytischen Konverter, dem ersten Waben körper und dem zweiten Wabenkörper angeordnet sind. Diese Konvektionssperren sind insbesondere derart ausge führt, daß diese sich, jedoch ohne die Strömung zu stark zu behindern, im Außenbereich radial in einen Spalt zwischen jeweils einem Wabenkörper und dem katalytischen Konver ter hinein erstrecken. Das Abkühlen der an den Luftspalt an grenzenden Stirnflächen kann somit reduziert werden.According to one, the exhaust gas cleaning system is still wide Ren embodiment with additional convection lock ren executed, which between the exhaust gas purification location and the catalytic converter, the first honeycomb body and the second honeycomb body are arranged. These convection barriers are particularly designed in this way leads to this, but without the current too strong hinder, radially into a gap in the outer area between one honeycomb body and the catalytic converter extend into it. Cooling down to the air gap end faces can be reduced.
Bevorzugt ist die Abgasreinigungsanlage derart gestaltet, daß diese radial nach außen thermisch isoliert ist. Die radial außenliegenden Bereiche stellen eine beachtliche Grenzflä che zur Umgebung dar, welche insbesondere für die Mecha nismen der Wärmeabfuhr aus der Abgasreinigungsanlage zur Umwelt relevant ist. Die thermische Isolierung in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung des Abgases ist insbe sondere bei Abgassystemen erforderlich, die auch eine der artige radiale Isolierung aufweisen.The exhaust gas cleaning system is preferably designed in such a way that that it is thermally insulated radially outwards. The radial outside areas represent a considerable interface che to the environment, which is particularly important for the Mecha heat dissipation from the exhaust gas cleaning system is relevant to the environment. The thermal insulation in axial Direction, d. H. in the flow direction of the exhaust gas is esp especially required for exhaust systems that are also one of the have radial insulation.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der er ste und/oder zweite Wabenkörper an der Abgasreinigungs anlage thermisch isoliert befestigt. Insbesondere bei der Fi xierung konisch ausgeformter Wabenkörper ist eine Befesti gung dieser an der Abgasreinigungsanlage sinnvoll. Eine thermisch isolierte Verbindung mindert ebenfalls die Wär meleitung aus dem Wabenkörper in das übrige Abgassy stem.According to a further embodiment, it is and / or second honeycomb body on the exhaust gas cleaning system thermally insulated. Especially with the Fi Fixation of conically shaped honeycomb bodies is a fastening This makes sense at the exhaust gas cleaning system. A thermally insulated connection also reduces heat pipe from the honeycomb body into the rest of the exhaust gas stem.
Zumindest der erste Wabenkörper weist entsprechend ei nem noch weiteren Ausführungsbeispiel eine katalytisch wirksame Oberfläche auf, an der das zu reinigende Abgas entlangströmt und katalytisch umgesetzt wird. Im normalen Betrieb des Abgassystems, also bei einer Temperatur des ka talytischen Konverters, welche für eine effektive Schad stoffumsetzung geeignet ist, erfolgt die Reinigung des Ab gases überwiegend durch den Konverter. Dennoch ist eine unterstützende katalytische Aktivität der Wabenkörper vor teilhaft und ermöglicht die Einhaltung der geforderten Ab gasbestimmungen bezüglich des Restanteils von Schadstof fen, welche an die Umgebung abgegeben werden.At least the first honeycomb body accordingly has an egg nem yet another embodiment, a catalytic effective surface on which the exhaust gas to be cleaned flows along and is implemented catalytically. In normal Operation of the exhaust system, i.e. at a temperature of ka talytic converter, which is effective for harmful is suitable, the ab is cleaned gases mainly through the converter. Still is one supporting catalytic activity of the honeycomb body partial and enables compliance with the required Ab gas regulations regarding the residual proportion of pollutants which are released into the environment.
Besonders vorteilhaft ist eine katalytisch wirksame Ober fläche des ersten Wabenkörpers in Hinblick auf das An springverhalten der Abgasanlage nach einer langen Pause. Nach einem langen Zeitraum ist der katalytische Konverter beispielsweise bis auf die äußere Umgebungstemperatur ab gekühlt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine benötigt der Konverter, gerade wegen seiner ansonsten gewünschten großen Wärmekapazität, eine bestimmte Zeitspanne, bis sich dieser aufgrund des ihn durchströmenden Abgases auf eine Temperatur von z. B. über 300°C erhitzt hat, um eine effektive Schadstoffumsetzung zu ermöglichen. Um die vor geschriebene Reinigungswirkung der Abgasanlage auch in dieser Kaltstartphase zu gewährleisten, ist der erste Waben körper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel so aus gelegt, daß er in dieser Phase eine Umsatzrate bezüglich Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid von mindestens 80% nach 10 bis 20 sec aufweist. Insbesondere hat der Wa benkörper ein Volumen von 0,2 bis 1,0 Liter, vorzugsweise von 0,6 Liter.A catalytically active upper is particularly advantageous area of the first honeycomb body with respect to the on jumping behavior of the exhaust system after a long break. After a long period of time the catalytic converter is out for example down to the external ambient temperature cooled. Needed after starting the engine the converter, precisely because of its otherwise desired large heat capacity, a certain period of time until this due to the exhaust gas flowing through it a temperature of e.g. B. has heated above 300 ° C to a enable effective pollutant conversion. To the front written cleaning effect of the exhaust system also in Ensuring this cold start phase is the first honeycomb body according to a further embodiment placed that he had a turnover rate in this phase Hydrocarbons and carbon monoxide of at least 80% after 10 to 20 sec. In particular, the wa body has a volume of 0.2 to 1.0 liters, preferably of 0.6 liters.
Das Kaltstartverhalten nach langer Betriebspause kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel durch einen zu sätzlichen Vorkatalysator verbessert werden, welcher dem Abgassystem vorgelagert ist. Dieser ist näher an der Brenn kraftmaschine angeordnet und wird demzufolge von heiße ren Abgasen durchströmt. Eine katalytische Umsetzung kann an dieser Stelle nach einem kürzeren Zeitraum erfol gen. Die katalytische Reaktion hat zudem eine Erhöhung der Abgastemperatur zur Folge, welches anschließend in das stromabwärts angeordnete Abgassystem strömt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der vorgelagerte Konverter elek trisch beheizbar ist. Ist die notwendige Temperatur im Ab gassystem erreicht, trägt wieder der stromabwärts angeord nete katalytische Konverter zur vollständigen Abgasreini gung bei.The cold start behavior after a long break in operation can according to a further embodiment by a additional pre-catalyst can be improved, which the Exhaust system is upstream. This is closer to the Brenn arranged engine and is therefore hot through the exhaust gases. A catalytic implementation can succeed at this point after a shorter period The catalytic reaction also has an increase in Exhaust gas temperature, which then in the Exhaust system arranged downstream flows. Especially It is advantageous if the upstream converter elek is heatable. Is the necessary temperature in the Ab Once the gas system is reached, the downstream arrangement again bears nete catalytic converter for complete exhaust gas purification addition.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Abgassystems einer Brennkraftmaschine werden anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.Further advantages and details of the invention Exhaust systems of an internal combustion engine are based on the preferred embodiment shown in the drawing Rungsbeispiele explained, but not to the invention is limited.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungs beispiels im Vollschnitt durch die Abgasreinigungsanlage, Fig. 1 is a schematic representation of an execution example in full section of the exhaust gas purification system,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wabenkörpers, Fig. 2 is a side view of an embodiment of a honeycomb body,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei spiels eines Wabenkörpers, Fig. 3 is a side view of another game Ausführungsbei a honeycomb body,
Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht eines Ausführungsbei spiels eines Wabenkörpers und Fig. 4 is an end view of a game Ausführungsbei a honeycomb body and
Fig. 5 eine stirnseitige Ansicht eines Ausführungsbei spiels eines katalytischen Konverters. Fig. 5 is an end view of a game Ausführungsbei a catalytic converter.
Fig. 1 zeigt eine Abgasreinigungsanlage 1, welche von ei nem Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung 21 durchströmbar ist. Die Abgasreinigungsanlage 1 weist einen Eintrittsbereich 2, einen Austrittsbereich 3 und einen Zen tralbereich 4 auf. Im Zentralbereich 4 ist ein katalytischer Konverter 5 angeordnet. Ein erster Wabenkörper 6 befindet sich stromaufwärts im Eintrittsbereich 2 der Abgasreini gungsanlage 1. Im Austrittsbereich 3 ist ein zweiter Waben körper 7 angeordnet. Die Wabenkörper 6 und 7 sowie der katalytische Konverter 5 sind für das Abgas durchströmbar. Des weiteren weist die Abgasreinigungsanlage 1 unter schiedliche Mittel zur thermischen Isolierung auf, welche im folgenden erläutert werden. Fig. 1 shows an exhaust gas purification system 1 through which egg nem exhaust gas can flow in a preferred flow direction 21 . The exhaust gas purification system 1 has an entry area 2 , an exit area 3 and a central area 4 . A catalytic converter 5 is arranged in the central region 4 . A first honeycomb body 6 is located upstream in the inlet area 2 of the exhaust gas purification system 1 . In the exit area 3 , a second honeycomb body 7 is arranged. The honeycomb bodies 6 and 7 and the catalytic converter 5 can be flowed through for the exhaust gas. Furthermore, the exhaust gas purification system 1 under different means for thermal insulation, which are explained below.
Die beiden Wabenkörper 6 und 7 in Fig. 1 sind konisch ausgeführt. Der erste Wabenkörper 6 hat eine kleine erste Eintrittsstirnfläche 9 und eine größere erste Austrittsstirnflä che 10. Der erste Wabenkörper 6 ist derart ausgerichtet, daß die kleinere erste Eintrittsstirnfläche 9 stromaufwärts weist. Die Wärmeabgabe von der ersten Eintrittsstirnfläche 9 auf vorgelagerte Bereiche der Abgasreinigungsanlage 1 kann somit reduziert werden. Die konische Form des ersten Wa benkörpers 6 hat zur Folge, daß dieser relativ dicht an einer rohrähnlichen Abgaszuleitung angeordnet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da so kaum Raum für eine Konvektion zwischen dem ersten Wabenkörper 6 und der Abgasreinigungsanlage 1 vorhanden ist.The two honeycomb bodies 6 and 7 in Fig. 1 are designed conically. The first honeycomb body 6 has a small first entry end face 9 and a larger first exit end face 10 . The first honeycomb body 6 is oriented in such a way that the smaller first entry face 9 faces upstream. The heat dissipation from the first entry end face 9 to upstream areas of the exhaust gas cleaning system 1 can thus be reduced. The conical shape of the first wa benkörpers 6 has the result that it can be arranged relatively close to a pipe-like exhaust gas supply line. This is particularly advantageous since there is hardly any space for convection between the first honeycomb body 6 and the exhaust gas cleaning system 1 .
Der zweite Wabenkörper 7 ist im wesentlichen spiegel bildlich zum ersten Wabenkörper 6 angeordnet. Dement sprechend weist der zweite Wabenkörper 7 eine zweite Ein trittsstirnfläche 11 auf, welche größer ausgeführt ist, als die zweite Austrittsstirnfläche 12. Auf diese Weise ist eine redu zierte Wärmeabgabe von der zweiten Austrittsstirnfläche 12 gewährleistet.The second honeycomb body 7 is arranged essentially mirror-image to the first honeycomb body 6 . Accordingly, the second honeycomb body 7 has a second entry end face 11 , which is made larger than the second exit end face 12 . In this way, a reduced heat emission from the second exit end face 12 is ensured.
Die Abgasreinigungsanlage 1 gemäß Fig. 1 ist mit jeweils einem schmalen Luftspalt 14 zwischen dem ersten Waben körper 6 und dem katalytischen Konverter 5 einerseits sowie dem Konverter 5 und dem zweiten Wabenkörper 7 anderer seits ausgeführt. Die Beabstandung der Wabenkörper 6 und 7 von dem katalytischen Konverter 5 wird mittels thermisch isolierter Befestigungselemente 22 gewährleistet. Die schmalen Luftspalte 14 sowie die thermisch isolierten Befe stigungselemente 22 verhindern eine axiale Wärmeleitung vom katalytischen Konverter 5 zu den Wabenkörpern 6 und 7.The exhaust gas purification system 1 of FIG. 1, each having a narrow air gap 14 between the first honeycomb body 6 and the catalytic converter 5 on the one hand, and the converter 5 and the second honeycomb body 7 running on the other. The spacing of the honeycomb bodies 6 and 7 from the catalytic converter 5 is ensured by means of thermally insulated fastening elements 22 . The narrow air gaps 14 and the thermally insulated fastening elements 22 prevent axial heat conduction from the catalytic converter 5 to the honeycomb bodies 6 and 7 .
Die gesamte Abgasreinigungsanlage 1 kann im Falle von konstruktionsbedingt breiten Luftspalten 14 auch außen mit Konvektionssperren 23 ausgeführt sein, welche außen eine Konvektion behindern, ohne aber die Agbasströmung stark zu beeinflussen.In the case of air gaps 14 which are wide by design, the entire exhaust gas purification system 1 can also be designed on the outside with convection barriers 23 which, on the outside, hinder convection, but without greatly influencing the agbas flow.
Zusätzlich ist schematisch in Fig. 1 die Möglichkeit der Anordnung eines Vorkatalysators 31 vor der übrigen Abgas reinigungsanlage 1 dargestellt, welcher auch eine elektri sche Beheizung 32 aufweisen kann.In addition, the possibility of the arrangement 1 is shown schematically in Fig. Of a pre-catalyst 31 from the rest of the exhaust gas cleaning system 1 is illustrated, which is also a specific electrical heating 32 may include.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform ei nes Wabenkörpers 6 oder 7. Um eine Konvektion in den an grenzenden Luftspalten 14 nahe der Wabenkörper 6 oder 7 zu reduzieren, weist dieser Wabenkörper Ersteckungen 13 auf. Die dargestellte Ausführungsform des Wabenkörpers ist mit teilweise strukturierten Folienlagen 15 ausgeführt, wel che durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt wurden. Ein zelne Folienlagen 15 ragen dabei über die Stirnseite des Wa benkörpers 6 oder 7 hinaus. Die axiale Erstreckung 13 ist demzufolge direkt aus den Folienlagen 15 gebildet durch größer dimensionierte und/oder gegenüber anderen Lagen verschobene Folienlagen. Fig. 2 shows a side view of an embodiment ei nes honeycomb body 6 or 7. In order to reduce convection in the adjacent air gaps 14 near the honeycomb body 6 or 7 , this honeycomb body has extensions 13 . The illustrated embodiment of the honeycomb body is made with partially structured film layers 15 , which were generated by winding and / or stacking. An individual foil layers 15 protrude beyond the end face of the wa benkörpers 6 or 7 . The axial extent 13 is consequently formed directly from the film layers 15 by larger-sized and / or displaced film layers relative to other layers.
Weiterhin zeigt der Wabenkörper in Fig. 2 eine elektri sche Heizung 8, welche an dem Wabenkörper 6 oder 7 ange bracht ist. Beispielhaft ist ein Heizdraht 8 dargestellt, wel cher um den Wabenkörper 6, 7 gewickelt ist. Die Folienla gen des Wabenkörpers 6, 7 können aber auch direkt als elek trische Heizwiderstände genutzt werden. Eine Anordnung eines Heizdrahtes im Inneren des Wabenkörpers 6, 7 ist ebenso möglich. Ein elektrisch heizbarer Wabenkörper 6 oder 7 kann sowohl zur kurzfristigen Verbesserung des Kalt startverhaltens nach langer Betriebspause, als auch zur Auf rechterhaltung einer gewünschten Temperatur in der Abgas reinigungsanlage während längerer Betriebspausen genutzt werden.Furthermore, the honeycomb body in FIG. 2 shows an electrical heating 8 , which is placed on the honeycomb body 6 or 7 . A heating wire 8 is shown as an example, which is wound around the honeycomb body 6 , 7 . The Folienla conditions of the honeycomb body 6 , 7 can also be used directly as elec trical heating resistors. An arrangement of a heating wire in the interior of the honeycomb body 6 , 7 is also possible. An electrically heatable honeycomb body 6 or 7 can be used both for short-term improvement of the cold start behavior after a long break in operation, and for maintaining a desired temperature in the exhaust gas cleaning system during long breaks in operation.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Waben körpers 6 oder 7 mit thermisch entkoppelten Stirnflächen 18. Thermisch entkoppelte Stirnflächen 18 werden durch Schlitze 19 gewährleistet, welche vorzugsweise in unter schiedlichen Ebenen 20 etwa senkrecht zur Strömungsrich tung 21 angeordnet sind. Fig. 3 zeigt, daß die Schlitze 19 versetzt 25 zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Art Labyrinth erzeugt, welches die Wärmeleitung aus dem Inneren des Wabenkörpers 6 oder 7 nach außen beim Abkühlvorgang reduziert. Die Schlitze 19 sind umlau fend ausgebildet und breiten sich radial nach innen aus. Die Dimensionierung der Schlitze 19 ist so gewählt, daß die Sta bilität und Festigkeit des Wabenkörpers 6, 7 dennoch ge währleistet ist. Fig. 3 shows a further embodiment of a honeycomb body 6 or 7 with thermally decoupled end faces 18th Thermally decoupled end faces 18 are ensured by slots 19 , which are preferably arranged in different planes 20 approximately perpendicular to the flow direction 21 . Fig. 3 shows that the slots 19 are 25 offset from each other. In this way, a kind of labyrinth is generated, which reduces the heat conduction from the inside of the honeycomb body 6 or 7 to the outside during the cooling process. The slots 19 are umlau fend formed and extend radially inwards. The dimensioning of the slots 19 is chosen so that the sta bility and strength of the honeycomb body 6 , 7 is still guaranteed ge.
Fig. 4 zeigt eine stirnseitige Ansicht eines Wabenkörpers 6, 7 mit Folienlagen 15, welche durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt wurden. Die Blechlagen 15 sind wenigstens teilweise strukturiert und sind mit Folien 16 ausgeführt, wel che eine vorgebbare Foliendicke 17 haben. Der Wabenkör per 6, 7 dieser Ausführungsform weist eine katalytisch wirk same Oberfläche 29 auf. Fig. 4 shows an end view of a honeycomb body 6 , 7 with film layers 15 , which were generated by winding and / or stacking. The sheet metal layers 15 are at least partially structured and are made with foils 16 , which have a predefinable foil thickness 17 . The honeycomb body by 6 , 7 of this embodiment has a catalytically active surface 29 .
Weiterhin ist in Fig. 4 eine Ausführungsform der Schlitze 19 dargestellt. Die Schlitze 19 sind durch Kerben 24 vonein ander beabstandet. Die Kerben 24 tragen zur Stabilität des Wabenkörpers 6, 7 bei.Furthermore, an embodiment of the slots 19 is shown in FIG. 4. The slots 19 are spaced apart by notches 24 . The notches 24 contribute to the stability of the honeycomb body 6 , 7 .
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen katalytischen Konverter. Der dargestellte katalytische Konverter weist durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen 26 auf, die mit Blechen 27 einer vorgebbaren Blechdicke 28 ausgeführt sind. Dieser katalyti sche Konverter 5 hat thermisch entkoppelte Stirnflächen 18, welche durch eine Vielzahl von Schlitzen 19 und Kerben 24 ausgebildet sind. Fig. 5 shows a section through a catalytic converter. The catalytic converter shown has at least partially structured sheet metal layers 26 which are produced by winding and / or stacking and which are made with sheets 27 of a predeterminable sheet thickness 28 . This catalytic converter cal 5 has thermally decoupled end faces 18 which are formed by a plurality of slots 19 and notches 24 .
11
Abgasreinigungsanlage
emission control system
22
Eintrittsbereich
entry area
33
Austrittsbereich
exit area
44
Zentralbereich
Central area
55
Konverter
converter
66
erster Wabenkörper
first honeycomb body
77
zweiter Wabenkörper
second honeycomb body
88th
Heizung
heater
99
erste Eintrittsstirnfläche
first entrance face
1010
erste Austrittsstirnfläche
first exit face
1111
zweite Eintrittsstirnfläche
second entry face
1212
zweite Austrittsstirnfläche
second exit face
1313
Erstreckung
extension
1414
Luftspalt
air gap
1515
Folienlage
film layer
1616
Folie
foil
1717
Foliendicke
film thickness
1818
thermisch entkoppelte Stirnfläche
thermally decoupled face
1919
Schlitz
slot
2020
Ebene
level
2121
Strömungsrichtung
flow direction
2222
Befestigungselement
fastener
2323
Konvektionssperre
convection
2424
Kerbe
score
2525
Versatz
offset
2626
Blechlage
sheet metal layer
2727
Blech
sheet
2828
Blechdicke
sheet thickness
2929
Oberfläche
surface
3030
Volumen
volume
3131
Vorkatalysator
precatalyzer
3232
elektrische Beheizung
electric heating
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